CN117837062A - 定子 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种定子,在马达(1)中,因为定子(20)的外壳(22)由软磁体构成,所以磁阻下降,在印刷线圈配线(28A、28B、28C)中交链的磁通增加。因此,在应用了定子(20)的马达(1)中实现高的转矩。
Description
技术领域
本公开涉及用于马达的定子。
背景技术
马达随着所搭载的各种设备的小型化、薄型化,寻求更小型化、薄型化。通常,马达的定子通过在软磁性芯上卷绕线圈而构成,但在下述专利文献1中公开有一种通过使用包含线圈的柔性印刷基板(flexible printed circuit)构成定子,实现马达的小型化的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平6-253481号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在上述以往技术的定子中,构成柔性印刷基板的基材由聚酰亚胺树脂等非磁性体构成,在非磁性体中磁阻高,磁通难以通过。因此,在实用上难以获得足够的马达扭矩。
本公开的目的在于提供一种能够实现马达扭矩的提高的定子。
用于解决问题的技术方案
本公开的一方面提供一种定子,其被用于马达,所述马达具备被磁化的轴状的转子和供该转子插通的圆筒状的定子,其中,所述定子具备:圆筒状的外壳,其由软磁体构成;印刷线圈配线,其设置于外壳的内周面。
在上述定子中,通过由软磁体构成的外壳,马达的磁路的磁阻下降,在印刷线圈中交链的磁通增加。因此,通过在马达中应用上述定子,实现马达扭矩的提高。
另一方面的定子具备极齿,其设置于外壳的内周面,由软磁体构成,印刷线圈配线配置于极齿的周围。
在另一方面的定子中,外壳的内径为3mm以下。
在另一方面的定子中,具备形成有印刷线圈配线的柔性印刷基板,柔性印刷基板贴附于外壳的内周面。
在另一方面的定子中,柔性印刷基板的厚度为500μm以下。
在另一方面的定子中,柔性印刷基板的基材的主要成分为聚酰亚胺树脂、PET树脂或LCP树脂。
在另一方面的定子中,柔性印刷基板的基材由含有软性粉的树脂构成。
在另一方面的定子中,具备软磁体、和设置于软磁体的主面且形成有印刷线圈配线的柔性印刷基板。
发明效果
根据本公开,提供一种能够实现马达扭矩的提高的定子。
附图说明
图1是实施方式的马达的概略立体图。
图2是图1所示的马达的II-II线剖视图。
图3是图2所示的柔性印刷基板的展开图。
图4是表示不同方式的剖视图。
图5是表示不同方式的剖视图。
图6是表示不同方式的剖视图。
图7是表示不同方式的剖视图。
具体实施方式
以下,参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。在说明中,对具有相同要素或相同功能的要素使用相同附图标记,省略重复的说明。
首先,参照图1、2说明实施方式的马达1的结构。
马达1具备具有轴11及磁铁12的转子10、和定子20而构成。转子10的磁铁12形成于轴11的外周面的一部分或全部,隔着间隙而配置于定子20的内周侧。马达1例如是设计成轴11两端的长度为4~30mm(作为一例,为15mm),定子20的外径为0.5~5mm(作为一例,为2mm)的微型马达。
转子10具有沿一方向长地延伸的形状(轴状)的外形,具有与延伸方向平行的轴(旋转轴)。在本实施方式中,轴11具有细长的圆柱状的形状。磁铁12具有包围轴11的外周面的圆筒状的形状。磁铁12沿着易磁化轴沿径向磁化。如图2所示,磁铁12可以构成为在表面具有两个极,也可以构成为在表面具有4个极或8个极。如本实施方式的转子10那样的结构可通过用使用熔盐浸渍法等形成的磁铁膜(例如,SmCo5)覆盖由金属(例如,Co)构成的轴11的外周面来实现。
定子20具有可供转子10插通的圆筒状的外形。如图2所示,定子20具备外壳22、和设置于外壳22内的印刷线圈配线28而构成。在本实施方式中,印刷线圈配线28以柔性印刷基板24的方式设置于外壳22内。
外壳22具有圆筒状的形状。本实施方式的外壳22例如设计成外径为0.5~5mm(作为一例,为2mm),内径为0.3~3mm(作为一例,为1.8mm),厚度为0.05~0.2mm(作为一例,为0.1mm),长度为4~30mm(作为一例,为14mm)。外壳22由软磁体构成,例如能够由铁氧体不锈钢(SUS430等)或电磁钢板、坡莫合金、镍构成。
如图3所示,柔性印刷基板24具备片状的基材26、和设置于基材26上的多个印刷线圈配线28。柔性印刷基板24的厚度例如为20~500μm(作为一例,为100μm)。
基材26具有长方形状,具有长度(轴长度)L及宽度(周长度)W。长度L被设计为外壳22的长度以下,作为一例为12mm。宽度W被设计为与外壳22的内周面22a的圆周长度大致相同的长度(或稍微短一些的长度)。基材26的厚度例如为5~100μm(作为一例,为12μm)。基材26由非磁性体构成,例如以聚酰亚胺树脂或PET树脂、LCP树脂等树脂为主要成分而构成。在基材26的主要成分为聚酰亚胺树脂等弹性率较高的材料的情况下,因为柔性印刷基板24具有高的刚性,所以在卷圆基材26时会产生很大的回复力,因此,通过该回复力,柔性印刷基板24可牢固地固定于外壳22的内周面22a。在基材26的主要成分为PET树脂等弹性率低的材料的情况下,因为柔性印刷基板24具有较高的挠曲性,所以容易变圆,能够形成半径小的小型的定子20。另外,在基材26的主要成分为LCP树脂等保形性优异的材料或具有热塑性的材料的情况下,因为基材26的形状容易保持为圆筒状,所以制造定子20时的作业变得容易。
在基材26的主面26a上设置有多个(在本实施方式中为三个)印刷线圈配线28。印刷线圈配线28例如能够通过铜箔的图案而形成,其厚度为3~100μm(作为一例,为12μm),宽度为10~300μm(作为一例,为35μm)。印刷线圈配线28A、28B、28C的数量(在本实施方式中为三个)及各印刷线圈配线28A、28B、28C的匝数(在本实施方式中为两匝)能够适当增减(例如10~30匝)。各印刷线圈配线28A、28B、28C均为沿基材26的长度方向(相当于基材26被卷圆时的轴方向DA)延伸的长条状的无芯线圈,实质上具有相同形状及相同尺寸。三个印刷线圈配线28A、28B、28C沿着基材26的宽度方向(基材26被卷圆时的周方向DC)按规定间隔排列。各印刷线圈配线28A、28B、28C经由各自的外侧端部28a与未图示的控制电路电连接,可从控制电路对各印刷线圈配线28A、28B、28C施加规定的电流。另外,各印刷线圈配线28A、28B、28C的内侧端部28b由未图示的跳线连接,印刷线圈配线28A、28B、28C构成星形接线。通过改变将各印刷线圈配线28A、28B、28C的外侧端部28a和内侧端部28b连接的跳线的结构,印刷线圈配线28A、28B、28C也能够构成三角形接线。
如图2所示,柔性印刷基板24以设置有印刷线圈配线28的基材26的主面26a成为内侧的方式沿周方向DC被卷圆,收容在外壳22内。于是,通过柔性印刷基板24的回复力,柔性印刷基板24被贴附于外壳22的内周面22a并固定位置。由此,在定子20的内侧,沿着圆周方向排列配置三个印刷线圈配线28A、28B、28C。通过将基材26的宽度W设为与外壳22的内周面22a的圆周长度大致相同的长度,一卷的柔性印刷基板24被紧密地收容在外壳22内。
在上述的马达1中,通过从控制电路按规定的定时对印刷线圈配线28A、28B、28C施加电流,转子10绕轴线旋转。这时,在印刷线圈配线28A、28B、28C的周围产生磁通。
在上述的马达1中,因为定子20的外壳22由软磁体构成,所以磁阻下降,在印刷线圈配线28A、28B、28C中交链的磁通增加。因此,在应用了定子20的马达1中,实现高的转矩。
定子20的外壳22如果内径变小,则收容的柔性印刷基板24的变形量变大,并且其回复力变大。在外壳22的内径为3mm以下的情况下,通过大的回复力,柔性印刷基板24被牢固地固定于外壳22的内周面22a。
柔性印刷基板24的基材26通过将厚度设计得薄,实现定子20及马达1的小型化。在基材26的厚度为100μm以下的情况下,获得实用上足够小的小型马达。
发明人们为了确认柔性印刷基板的基材的厚度和扭矩的关系,对基材的厚度不同的多个试样测量扭矩。其结果如下述表1所示。此外,基材的主要成分为聚酰亚胺树脂,在基材中不含磁性粉。在基材的主面上设置有六个印刷线圈配线。用于实验的磁铁使用在表面具有4极且沿着易磁化轴沿径向磁化的磁铁。转子的轴由Co构成,轴的外周面被不与该外周面直接接触的磁铁膜(具体而言是利用熔盐浸渍法形成的SmCo5磁铁)覆盖。关于磁铁膜,厚度设为100μm,轴方向长度设为10mm,外径设为10mm。外壳由不锈钢(SUS430)构成,使用厚度为0.2mm,内径为3mm的构件。
[表1]
另外,对于在柔性印刷基板的基材中含有磁性粉的情况,发明人们也对基材的厚度不同的多个试样测量了扭矩。其结果如下述表2、3所示。此外,基材的主要成分为聚酰亚胺树脂,在基材中含有磁性粉(具体而言为软磁性铁氧体粉)。关于基材的磁导率(相对磁导率),表2中所示的试样7~12为20,表3中所示的试样13~18为50。磁导率是使用阻抗分析仪(Impedance Analyzer,KEYSIGHT公司制E4990A)测量的。
[表2]
[表3]
如表1~3所示,确认了柔性印刷基板的基材的厚度越薄,扭矩越提高。特别是,在柔性印刷基板的基材含有磁性粉的情况下和不含磁性粉的情况下,都确认了基材的厚度越薄则扭矩越提高。在柔性印刷基板的基材含有磁性粉的情况下,如试样12、18那样,确认了如果基材厚度超过500μm则扭矩显著地降低。基材中所含的磁性粉例如可以是金属软磁性粉末,也可以是铁氧体软磁性粉末。
本公开不限于上述的实施方式,能够进行各种变形。
例如,柔性印刷基板24在两面具有印刷线圈配线28,也可以使其两面的配线通过通孔串联导通。作为马达,因为线圈的匝数增加,所以能够实现更高的转矩。
例如,如图4所示,印刷线圈配线28A、28B、28C也可以是直接设置于外壳22A的内周面22a的方式。在该情况下,外壳22A能够由具有挠曲性的软磁体(例如含有磁性粉的树脂)构成。外壳22A中所含的磁性粉例如可以是金属软磁性粉末,也可以是铁氧体软磁性粉末。例如,也可以在将印刷线圈配线28A、28B、28C设置于片状态的外壳22A以后,通过卷圆外壳22A而成为圆筒状。根据图4所示的方式,因为外壳22A由磁阻小的软磁体构成,所以在印刷线圈配线28A、28B、28C中交链的磁通增加。因此,通过应用于马达1,能够实现高的转矩。此外,外壳22A可以整体由软磁体构成,也可以一部分由非磁性体构成并且余部由软磁体构成。
另外,如图5所示,也可以是在外壳22B的内周面22a设置有极齿23的方式。极齿23从外壳22B的内周面22a隆起,与外壳22B一体地设置。极齿23与印刷线圈配线28A、28B、28C同数量(在本实施方式中为三个)地设置,各印刷线圈配线28A、28B、28C配置于极齿23的周围。极齿23的高度例如为10~100μm(作为一例,为15μm),可以与印刷线圈配线28的高度相同,另外,也能够设计得比其更高。极齿23也可以是相对于印刷线圈配线28A、28B、28C平行延伸的肋状。根据图5所示的方式,通过由软磁体构成的极齿23,因为印刷线圈配线28A、28B、28C的磁通变得更容易集中,所以通过应用于马达1,能够实现更高的转矩。如图6所示,在形成有印刷线圈配线28的柔性印刷基板24的方式中,能够以各极齿23贯通基材26的方式设置。如图7所示,在形成有印刷线圈配线28的柔性印刷基板24的方式中,各极齿23也可以设置于基材26的主面26a上。
上述的极齿可以与外壳分体,也可以由与构成外壳的磁性体不同种类的磁性体构成。例如,极齿可以通过网板印刷形成含有磁性粉的树脂,也可以通过镀镍而成膜。在任何情况下,只要极齿为导体,则通过设为与线圈配线相同的材料,就能够削减制造定子时的工序。此外,外壳22B可以整体由软磁体构成,也可以一部分由非磁性体构成并且余部由软磁体构成。
根据上述的记载可掌握,本说明书公开了下述内容。
[附记1]
一种定子,其被用于马达,所述马达具备被磁化的轴状的转子和供该转子插通的圆筒状的定子,其中,所述定子具备:
圆筒状的外壳,其由软磁体构成;
印刷线圈配线,其设置于所述外壳的内周面。
[附记2]
根据附记1所述的定子,其中,
具备极齿,其设置于所述外壳的内周面,由软磁体构成,
所述印刷线圈配线配置于所述极齿的周围。
[附记3]
根据附记1或2所述的定子,其中,
所述外壳的内径为3mm以下。
[附记4]
根据附记1~3中任一项所述的定子,其中,
具备形成有所述印刷线圈配线的柔性印刷基板,
所述柔性印刷基板贴附于所述外壳的内周面。
[附记5]
根据附记4所述的定子,其中,
所述柔性印刷基板的厚度为500μm以下。
[附记6]
根据附记4或5所述的定子,其中,
所述柔性印刷基板的基材的主要成分为聚酰亚胺树脂、PET树脂或LCP树脂。
[附记7]
根据附记4~6中任一项所述的定子,其中,
所述柔性印刷基板的基材由含有磁性粉的树脂构成。
附图标记说明
1…马达
10…转子
20…定子
22、22A、22B…外壳
23…极齿
24…柔性印刷基板
26…基材
28、28A~28C…印刷线圈配线
28a…印刷线圈配线的外侧端部
28b…印刷线圈配线的内侧端部。
Claims (7)
1.一种定子,其被用于马达,所述马达具备被磁化的轴状的转子和供该转子插通的圆筒状的定子,其中,
所述定子具备:
圆筒状的外壳,其由软磁体构成;
印刷线圈配线,其设置于所述外壳的内周面。
2.根据权利要求1所述的定子,其中,
具备极齿,其设置于所述外壳的内周面,由软磁体构成,
所述印刷线圈配线配置于所述极齿的周围。
3.根据权利要求1或2所述的定子,其中,
所述外壳的内径为3mm以下。
4.根据权利要求1或2所述的定子,其中,
具备形成有所述印刷线圈配线的柔性印刷基板,
所述柔性印刷基板贴附于所述外壳的内周面。
5.根据权利要求4所述的定子,其中,
所述柔性印刷基板的厚度为500μm以下。
6.根据权利要求4所述的定子,其中,
所述柔性印刷基板的基材的主要成分为聚酰亚胺树脂、PET树脂或LCP树脂。
7.根据权利要求4所述的定子,其中,
所述柔性印刷基板的基材由含有磁性粉的树脂构成。
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